隨著“格雷森冬季風暴”向美國大西洋沿岸推進，新英格蘭地區正緊張地等待著大雪和強風。據新聞報道，這場風暴已經襲擊了不習慣惡劣冬季天氣的地區——佛羅里達州、佐治亞州、弗吉尼亞州和卡羅來納州——伴隨著雨雪混合。這不是典型的冬季風暴——氣象學家一直在預測格雷森將很快轉變為一種特別強烈的系統，稱為“炸彈氣旋”。《大眾科學》採訪了氣象學家、Weather Underground聯合創始人傑夫·馬斯特斯，瞭解襲擊美國東部的強大冬季風暴背後的科學原理。
[以下是採訪的編輯稿。]
到底什麼是“炸彈氣旋”？
炸彈氣旋是一種迅速增強的低壓系統——要符合“炸彈氣旋”或“炸彈生成”事件的資格，必須在24小時內氣壓下降至少24毫巴。當風暴的氣壓像這樣迅速下降時，它會驅動更強的風，因為風試圖吹向以平衡氣壓差異。大氣不喜歡有不同的氣壓，所以會發生的事情是風會從高壓流向低壓，試圖平衡這種差異。
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對於這場被命名為格雷森的風暴，最大的擔憂是東海岸大部分地區會出現高達每小時60英里的強風。這些強風可能會導致大量停電。
這種“炸彈”效應只是產生強風，還是也會帶來更冷的天氣和更多的降水？
當出現迅速增強的風暴時，所有影響都會增加。隨著風力增強，你還會從風暴邊緣吸入更多的水蒸氣到中心，在那裡水蒸氣被向上擠壓並凝結——你會得到更多的降水。與此同時，由於風暴變得更深，它能夠從加拿大北部吸入比不那麼強烈的時候更多的北極空氣。因此，它的影響範圍增加了。這意味著它的北部會變得更冷，反之，它的東南部會變得更溫暖。風暴的中心將位於非常溫暖的墨西哥灣暖流之上，這將為風暴提供大量水分蒸發，當寒冷的空氣位於北側時，它會在周圍形成大雪。
什麼樣的物理條件會形成炸彈氣旋？
發生的情況是，急流出現了一個很大的扭曲。急流是高空風帶，它在中緯度地區從西向東移動。但急流可能會急劇下沉並出現扭曲，使其形成一個大的環路，向南延伸很遠，然後又向北延伸很遠。這意味著你現在正在這個扭曲的東側引入非常溫暖的空氣向北流動——在這種情況下，流向墨西哥灣暖流，那裡也有大量溫暖的水。在距離那裡幾百英里的西邊，現在你有寒冷的北極空氣與正在向北拉動的溫暖潮溼空氣相鄰。這兩種溫差很大的氣團相互作用，風暴就形成在那個高能量邊界上。
風暴正在做的事情是，它正在從兩個氣團之間的溫度差異（更技術地說，是密度差異）中獲取能量。因此，寒冷的北極空氣和來自海洋的溫暖潮溼空氣之間的對比越大，你的風暴就會越強烈。在這種情況下，扭曲非常劇烈，因此急流邊界兩側的氣團差異非常大——這正在驅動風暴。此外，你還會從海洋本身獲得一些能量，就像颶風一樣。颶風從溫暖的海洋中獲取能量——它們直接從海洋中吸取能量。這場風暴格雷森也將從非常溫暖的墨西哥灣暖流水域中獲得一些能量。
這種型別的風暴有多不尋常？
就美國東北海岸而言，通常每年會出現一次[炸彈氣旋]。我們在2017年3月經歷了一次，它幫助在東北地區引發了大雪，並給美國東南部帶來了更大的北極爆發，造成了超過10億美元的凍害。前一年，在2016年1月，也發生了一次大型東北風暴，造成了超過20億美元的損失。我們今年也希望會有一場。雖然一切都很難說——當你建立這樣的模式時，一個月內出現兩次大型東北風暴是很常見的。但我目前在模型中沒有看到任何跡象表明今年會發生這種情況。
但是如果你看看他們預測的這場風暴的中心氣壓，它將降到960毫巴以下，這是非常低的。我在過去10年中沒有發現任何風暴做到過這一點。因此，這將是一場異常強烈的風暴，它將給沿海地區帶來很多影響。特別是，我有點擔心波士頓以南沿岸的一些地區的沿海洪水。我們預計那裡會有兩到三英尺的風暴潮，造成嚴重的沿海洪水。
“炸彈氣旋”是一個新術語嗎？
“炸彈”這個術語至少從1980年就出現了。那是它第一次被定義的時候。我已經使用了這個術語35年了，但它在最近幾年才變得更加流行。媒體可能幫助推動了人們對這個術語的迷戀。
有些人將這場風暴與颶風相提並論——這公平嗎？
在某些方面。結構是不同的，能量來源也不同，因此你將會看到影響方面的巨大差異。但它的大小與颶風相同，並且具有類似的風力。實際上，它的氣壓比你在同等風力的颶風中看到的要低得多。但是像這樣的冬季風暴不會像颶風那樣將最強風力集中在眼牆中，因此對於冬季風暴而言，要獲得颶風級的風力，所需的壓力要比颶風低得多。
預計這場風暴過後氣溫會降得很低——為什麼？
風暴是一個逆時針旋轉的低壓區，這意味著在其西北側，那些逆時針吹的風將從加拿大向新英格蘭地區拉下大量的北極空氣。週六早上會非常冷——我認為在緬因州你會看到一些零下30度的讀數，在新罕布什爾州和緬因州北部，氣溫很難升到零度以上。可能在波士頓會升到零度以上；紐約，最高氣溫可能只有個位數。
氣候變化是否在這場炸彈氣旋中發揮了作用？
我們預計它會發揮一些作用，因為氣候變化正在從根本上影響大氣並改變風暴產生的基本狀態。因此，由於全球變暖導致海洋溫度升高，可能會有更多的水分可供這場風暴利用——這可能會增加這種風暴的影響。還有一些問題是關於全球變暖是否可能正在影響急流，而急流是這場風暴的重要觸發因素。[氣候變化]可能會使急流出現更多的曲流，更多的大環路——這些扭曲——從而驅動這類風暴。這是一個活躍的研究領域，對於氣候變化如何影響這些風暴，尚未達成一致的科學協議。